专利名称：运载工具的风力发电装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种风力发电装置，尤其是一种装置在运载工具的外表面，且不需要经过曲柄连杆传动机构的运动转换，进而能获得发电效益。
背景技术：
近来由于石油资源越来越稀少，其价格变得非常昂贵，且因长期使用石油燃料而造成的温室效应及其它污染问题也日益严重。基于以上原因，运载工具如汽车等均朝向电动化方向发展，如电动车、混合动力车等，以降低对石油燃料的使用。
若与使用于内燃机运载工具的石化燃料比较，目前一般电动运载工具所使用的电池的电能储存容量相对很小，一次充电仅能行驶一段短的距离，且电池充电非常缓慢，需时甚久，这些电池技术问题为电动运载工具目前无法被推广使用的主因。为使电动运载工具的一次充电行驶距离能增长，在其上加装其它能源发电装置有其必要性，而且也要选择不会产生污染的能源，例如风力发电、太阳能发电和煞车能源回收等，其中又以风力发电能在行进时产生较大的电力。
风力发电其原理是于运载工具行驶移动产生相对风速时，利用风力叶轮捕捉风的能量，将风的阻力一部分转变成电力，供运载工具上的电池充电或其它电器设备直接使用，以增加运载工具一次充电的行驶距离。
事实上，内燃机运载工具上也应安装风力发电装置。由于电子科技的进步，内燃机运载工具有电子化的趋势，其上配备电子导航设备、影音娱乐设备、计算机化控制系统等各种电子装置，样样都要消耗电能，势必需要加大内燃机所带动的发电机的功率，以便能产出更多电力满足其需求。内燃机的负荷也因此被加重，造成燃油更多的消耗。若内燃机运载工具上能加装风力发电装置以分担部份电能产出，则可采用较小功率的内燃机带动发电机，其结果便可减少内燃机的负荷、降低燃油的消耗以及废气的产生。
首先，请参阅图1所示，为一种风力发电装置的立体外观图，是将线性发电机c4配置于运载工具的风力发电装置c1的机壳c11中，且对应机壳c11的入风口c13处设置一流线板c12以减小其风力发电装置c1的迎风面的风阻，使其有利于安装在运载工具的外表面c14上。
请参阅图2所示，为图1中剖线的剖视图，其中，由于线性发电机c4设在机壳c11内，可将线性发电机c4连接轴c41的一端固定在连杆c30上，当传动机构c3运转操作时，藉由连接轴c41来进行线性往复运动以使磁通量变化而发电。
此种线性发电机c4的连接轴c41于线性发电机c4内的一端固定有线圈或磁铁(图中未绘出)视设计的发电量大小，所固定的线圈或磁铁有一定大小的质量m的考量。
当风力叶轮c2转动时，会有转动扭力传至传动机构c3的连杆c30、连接轴c41、以及质量m，使这些传动件加减速以进行线性往复运动。
然，由于线性发电机c4的体积大小有限，即线性往复运动的行程有一定的距离，因此当这些传动件被加速到一高速度，使线性发电机c4较有发电效率时，随即被减速以能使连接轴c41等传动件在行程两终端时的速度为零。
需注意的是，这些使连接轴c41等传动件减速的风力叶轮的转动扭力并不能被转变为有用的电力，致使风力叶轮所吸收的部分风能被无效地耗损掉，因此使风力发电装置的发电效率大为降低。
另外，各传动件在进行线性往复运动时，也容易造成风力发电装置c1在线性往复运动方向的振动。
此外，由图2可看出，容置部c15的空间由于曲轴连杆传动机构c3的配置，线性发电机c4只能占据容置部c15的一小部份空间，因此往复运动的行程相当有限。
其次，请参阅图3、图4所示，为另一种风力发电装置的剖视图，是将一般传统的旋转式发电机D4配置于运载工具的风力发电装置D1的机壳D11，且机壳D11对应入风口D13处设置一流线板D12以降低其风力发电装置D1的迎风面面积的风阻，使其有利于安装在运载工具的外表面上。
此种现有的设计是将风力叶轮D2的一侧板D21作为传动机构D3的一部分，并将旋转式发电机D4安装于流线板D12下方的空间。
如此的设计可进一步减小风力发电装置D1的迎风面面积以降低风力发电装置D1的风阻并可减少零件的数量，此外也可避免诸如利用线性发电机时进行往复运动的能量无效地损失。
在此将该入风口D13所在的一面定义为该风力发电装置的迎风面，该迎风面是由机壳D11的入风口D13所形成的入风部份A及流线板D12所形成的流线部份B所组成，而该传动机构D3的侧轮D41因是与该叶轮D2的一侧板D21配合传动，所以可与该旋转式发电机D4被叠置于入风部份A或流线部份B之中。故此现有的相对于更早之前的风力发电装置结构设计有所改善。
然此风力发电装置D1将旋转式发电机D4、传动机构D3等各元件安置于入风口D13附近，较不易与进入装置的污染物隔离而防止这些各元件被侵袭，尤其此风力发电装置D1主要为安装于运载工具的外表面，雨水、灰尘等的入侵在所难免，没有良好的隔离将使这些各元件很容易遭到污染而损坏。
此外，根据法拉第定律(Faraday’s Law)，发电机所产生的电压E＝-dΦB/dt，其中t为时间，ΦB为磁通量。假设发电机内的发电线圈的大小和圈数固定，且磁铁磁场强度一定，则根据此定律，当线圈和磁场相切的速度越快时，发电机所产生的电压就越高。因此，一般发电机需在高转速运转下，才会有效率。
有鉴于此，本发明人经过不断地研究思考，使风力发电装置在不需要运动转换的曲轴连杆传动机构，可设计为直径较大的发电机而充分利用传动机构容置部的空间的技术来解决前述诸多问题，进而达到增进发电效益的效果。
发明内容
本发明的主要目的在于解决前述问题，而提供一种运载工具的风力发电装置，其主要是将藉由旋转轮与固定平板对应配置设计为一发电机构，利用运载工具行驶移动时产生的风力推动叶轮旋转并使带动发电机构的旋转轮，以使磁场组件与发电线圈进行相切运动，使发电线圈的磁通量变化而产生电力。
为达到前述目的，本发明所采用的技术方案是一种运载工具的风力发电装置具有一机壳，安装于运载工具的外表面上，且机壳具有一入风口与一出风口，该机壳对应该入风口设有一流线板以降低迎风面的风阻并可将风导至入风口，而该一叶轮系为垂直轴型风力叶轮，具有一轴及数叶片，叶轮两端具有轴部及侧板，该轴部分别固定在侧板上，且安装于机壳内的入风口与出风口之间，而该至少一旋转轮，呈现扁平且具厚度的形状，中央具有对应叶轮轴部的贯孔，提供固定于叶轮的轴部，且旋转轮排列有数个磁场元件，各个磁场元件至轴心的距离均相等，而该至少一固定平板，呈现扁平且具厚度的形状，其固定平板排列有数个发电线圈，各个发电线圈至轴心的距离均相等，以及固定平板中央具有对应叶轮轴部的贯孔，提供枢接于叶轮上而与旋转轮成对配置，平板的周缘延续有一脚座提供安装固定于机壳中。
旋转轮上的磁场元件与固定平板上的发电线圈进行相切运动，使磁通量变化而产生电力。
所述的运载工具的风力发电装置，该发电机构内部的磁场元件为线圈或磁铁固定于旋转轮上。
所述的运载工具的风力发电装置，该发电机构为三层式配置，即在二层磁场磁铁或二层磁场线圈中间夹一层发电线圈，增强通过发电线圈的磁场强度。
所述的运载工具的风力发电装置，该发电机构的发电线圈外观可具有圆形状态或矩形状态。
所述的运载工具的风力发电装置，该发电机构可藉由一传动机构间接与叶轮连接，传动机构可为一齿轮组以及其它的变速机构，使叶轮转动时能经由传动机构带动发电机构进行发电。
所述的运载工具的风力发电装置，该入风口与该出风口分别设有一遮挡网。
一种运载工具的风力发电装置，其特征在于，主要包含一机壳，安装于运载工具的外表面上，机壳具有一入风口与一出风口，对应该机壳的该入风口处设置一流线板；一叶轮，为垂直轴型，该叶轮具有一轴及数叶片，叶轮两端具有轴及侧板，使该叶轮安装于该机壳内的该入风口与该出风口之间；以及一发电机构，该发电机构具有旋转轮及固定平板，装置于叶轮的一侧边；至少一旋转轮，呈现扁平且具厚度的形状，中央具有对应该叶轮轴的贯孔，提供固定于该叶轮轴上；且该旋转轮排列有数个发电线圈，各个该发电线圈至该轴心的距离均相等；至少一固定平板，呈现扁平且具厚度的形状，该固定平板排列有数个磁场元件，各个该磁场元件至轴心的距离均相等；固定平板中央具有对应叶轮轴的贯孔，提供枢接于叶轮上而与旋转轮对应配置，且固定平板的周缘延续有一脚座提供安装固定于机壳中；据此，发电机构的固定平板上的磁场元件与旋转轮上的发电线圈进行相切运动，使磁通量变化而产生电力。
所述的运载工具的风力发电装置，该发电机构内部的磁场元件为线圈或磁铁固定于固定平板上。
所述的运载工具的风力发电装置，该发电机构的发电线圈外观可具有圆形状态或矩形状态。
所述的运载工具的风力发电装置，该发电机构可藉由一传动机构间接与叶轮连接，传动机构可为一齿轮组以及其它的变速机构，使叶轮转动时能经由传动机构带动发电机构进行发电。
所述的运载工具的风力发电装置，该入风口与该出风口分别设有一遮挡网。
本发明的发电机构可直接与叶轮连接，或藉由一传动机构间接与叶轮连接，该发电机构其原理为将多个往复式线性发电机沿一旋转轴心排列，且使各线性发电机至该旋转轴心的距离均相等。
由于将该发电机构的磁场元件(磁场磁铁或磁场由线圈通电，则为磁场线圈)固定于一旋转轮上，而发电线圈固定于一固定平板上，如此当运载工具行驶移动产生的风力推动叶轮旋转时，便能直接带动该旋转轮旋转，即可让发电线圈与磁场磁铁(或磁场线圈)相切，而改变通过发电线圈的磁通量以产生电力。
另外，可将发电线圈固定于一旋转轮上，而磁场元件就会是磁铁或磁场线圈，且磁场组件固定于一固定平板上，如此同样可让发电线圈与磁场磁铁(或磁场线圈)相切，而改变通过发电线圈的磁通量以产生电力。
采用本发明的有益效果在于一种运载工具的风力发电装置，其主要是藉由旋转轮与固定平板对应配置设计为一发电机构，利用运载工具行驶移动时产生的风力推动叶轮旋转，并带动发电机构的旋转轮，使旋转轮上的磁场元件与发电机构的固定平板上的发电线圈进行相切运动，使磁通量变化而产生电力。
据此，本发明可以不需要经过曲柄连杆传动机构的运动转换，故可设计直径较大的发电机构而充分利用叶轮侧边的空间，使发电机构外形体积具有扁平特性，且发电线圈与磁场组件可具有较快的相切速度，因此可获得较高的发电效益。
有关本发明为达成上述目的、所采用的技术，手段及其它功效，兹列举数个较佳实施例并配合图5、图6、图7、图8、图9、图10及图11、图12的较佳实施例说明后，相信本发明的发明目的、特征及其它优点，当可由之得一深入而具体的了解。
图1是一种风力发电装置的立体外观2是图12-2剖视3是另一种风力发电装置的剖视4是另一种风力发电装置的剖视5是本发明风力发电装置的立体外观6是本发明风力发电装置的内部组立7是本发明风力发电装置的内部分解8是图58-8的剖视9是图59-9的剖视10是本发明风力发电装置的主视11是本发明风力发电装置的另一实施例的主视12是图512-12的剖视图主要组件符号说明(背景技术图1、图2)发电装置C1 机壳C11流线板C12 入风口C13外表面C14 容置部C15风力叶轮C2 传动机构C3连杆C30线性发电机C4连接轴C41(背景技术图3、图4)发电装置D1 机壳D11流线板D12 入风口D13风力叶轮D2 侧板D21传动机构D3 发电机D4侧轮D41 入风部份A流线部份B(本发明)机壳1 遮挡网10入风口11 出风口12流线板2叶轮3轴31 侧板32叶片33 旋转轮4
贯孔41 磁场磁铁5固定平板6 贯孔61脚座62 发电线圈7电力调节控制装置8 齿轮组9外表面1A具体实施方式
请参阅图5至图10，其为本发明所选用的最佳实施例。首先，本发明的风力发电装置是供安装于运载工具的外表面，俾使该运载工具行驶移动时所产生的风力能用来驱动该风力发电装置。
如各图所示，本发明的风力发电装置具有一机壳1，安装于运载工具的外表面1A上，且机壳1具有一入风口11与一出风口12，该机壳1对应该入风口11设有一流线板2以降低迎风面的风阻并可将风导至入风口11，且该入风口11与该出风口12分别设有一遮挡网10，以防止异物进入。
请参阅图6至图7所示，分别为本发明风力发电装置的内部组立图以及分解图，其中该一叶轮3为垂直轴型风力叶轮，具有一轴及数叶片33，于该叶轮3两端具有轴31及侧板32，且使该叶轮3安装于该机壳1内的该入风口11与该出风口12之间。
另外，一发电机构，该发电机构具有旋转轮4及固定平板6，是装置于叶轮3的一侧边，特别是其中，至少一旋转轮4，呈现扁平且具厚度的形状，中央具有对应叶轮轴31的贯孔41，提供固定于叶轮3的轴31，且旋转轮4排列有数个磁场磁铁5，各个磁场磁铁5至轴心的距离均相等，而该至少一固定平板6，呈现扁平且具厚度的形状，其固定平板6排列有数个发电线圈7，各个发电线圈7至轴心的距离均相等，以及固定平板6中央具有对应叶轮轴31的贯孔61，提供枢接于叶轮3上而与旋转轮4对应配置，且固定平板6的周缘延续有一脚座62提供安装固定于机壳1中。
请参阅图8所示，为图5的剖视图，本发明的风力发电装置具有一机壳1，安装于运载工具的外表面1A上，其中，叶轮3是安装于入风口11与出风口12之间，当运载工具行驶移动时所产生的风力由入风口11进入机壳1内推动叶片33便能带动叶轮3旋转然后由出风口12出机壳1。
请参阅图9所示，为图5的剖视图，本发明的风力发电装置具有一机壳1，安装于运载工具的外表面1A上，其中，在机壳1内的发电机构可直接与叶轮3连接，该发电机构的设计原理是将多个往复式线性发电机沿一旋转轴心排列，且使各线性发电机至该旋转轴心的距离均相等。如此的发电机构设计兼具有往复式线性发电机和传统旋转式发电机的优点，即无往复加减速的能量损失，又具有扁平的形状，可减小迎风面的面积以降低风阻。
此外、本发明还可装设一电力调节控制装置8与发电机构电性连结，用来将发电机构所产生的电力先转变为适当的电压和电流，再传给运载工具作为直接使用或充电使用。
其次，请参阅图10所示，为本发明风力发电装置的主视图，并搭配图9所示，由于本发明的发电机构并不需要曲轴连杆机构的运动转换，且发电线圈7组为沿着旋转轴心排列，故可设计为直径较大的发电机构而充分利用原先占有曲轴连杆机构的空间。当在相同的叶轮转速下若发电机构的直径较大，则发电机构内的发电线圈7与磁场磁铁5可有较快的相切速度，根据法拉第定律因此可获得较高的电压。
当然，本发明仍存在许多例子，其间仅局部的变化。请参阅图11，为本发明另一实施例的主视图，并搭配图9所示，其中，本发明的发电机构亦可为三层式，即在二层磁场磁铁5中间夹一层发电线圈7，可增强通过发电线圈7的磁场强度。
接着，请参阅图12，其为图5中再一实施例的剖视图，其中，本发明的发电机构可藉由一传动机构间接与叶轮3连接。该传动机构为一齿轮组9，具有变速的功能，以增加发电机构的旋转轮4的转速，提高其发电效率。该齿轮组9可使发电机构的旋转轴与叶轮3的轴对齐，因此亦可充分利用叶轮3侧的空间。
此外，由于齿轮组9的厚度不大，因此并不会明显增加传动机构空间的宽度。再者，其它发电机构设计的改变，例如多层发电线圈7与磁场磁铁5的配置，发电线圈7固定在旋转轮4上而磁场磁铁5固定不动，电极碳刷的使用，以及磁场磁铁5可改为使用线圈通电而产生所需要的磁场等，传动机构可为一皮带轮组或其它的变速机构等的变化，使该叶轮3转动时能经由该皮带轮组或其它的变速机构带动该发电机构进行发电，如此亦可达到与前述实施例相同的功效。
除了前述各实施例的变化外，亦可再对部份元件作简单的变化，例如叶轮的叶片形状不论设计成平板状或曲弧状等一般性的等效变换；或者将流线板从平板状变化成弧面的形态；或者将机壳的内壁面设计成配合叶轮的圆弧状；这些简单的变化都在本发明的技术涵盖范围之内。
以上所述实施例的揭示是用以说明本发明，并非用以限制本发明，故举凡数值的变化与等效元件的置换，仍应隶属本发明的范畴。
故本发明的『具有产业的可利用性』应已毋庸置疑，除此之外，在本发明实施例所揭露出的特征技术，于申请之前并未曾见于诸刊物，亦未曾被公开使用，具有如上所述功效增进的事实，是故，本发明的『新颖性』以及『进步性』都已符合专利法规，爰依法提出发明专利的申请，祈请惠予审查并早日赐准发明专利，实感德便。
权利要求
1.一种运载工具的风力发电装置，其特征在于，主要包含一机壳，安装于运载工具的外表面上，机壳具有一入风口与一出风口，对应该机壳的该入风口处设置一流线板；一叶轮，为垂直轴型，该叶轮具有一轴及数叶片，叶轮两端具有轴及侧板，使该叶轮安装于该机壳内的该入风口与该出风口之间；以及一发电机构，该发电机构具有旋转轮及固定平板，装置于叶轮的一侧边；至少一旋转轮，呈现扁平且具厚度的形状，中央具有对应该叶轮轴的贯孔，提供固定于该叶轮轴上；且该旋转轮排列有数个磁场元件，各个该磁场元件至该轴心的距离均相等；至少一固定平板，呈现扁平且具厚度的形状，该固定平板排列有数个发电线圈，各个该发电线圈至轴心的距离均相等；固定平板中央具有对应叶轮轴的贯孔，提供枢接于叶轮上而与旋转轮对应配置，且固定平板的周缘延续有一脚座提供安装固定于机壳中；据此，旋转轮上的磁场元件与固定平板上的发电线圈进行相切运动，使磁通量变化而产生电力。
2.根据权利要求1所述的运载工具的风力发电装置，其特征在于，该发电机构内部的磁场元件为线圈或磁铁固定于旋转轮上。
3.根据权利要求1所述的运载工具的风力发电装置，其特征在于，该发电机构为三层式配置，即在二层磁场磁铁或二层磁场线圈中间夹一层发电线圈，增强通过发电线圈的磁场强度。
4.根据权利要求1所述的运载工具的风力发电装置，其特征在于，该发电机构的发电线圈外观可具有圆形状态或矩形状态。
5.根据权利要求1所述的运载工具的风力发电装置，其特征在于，该发电机构可藉由一传动机构间接与叶轮连接，传动机构可为一齿轮组以及其它的变速机构，使叶轮转动时能经由传动机构带动发电机构进行发电。
6.根据权利要求1所述的运载工具的风力发电装置，其特征在于，该入风口与该出风口分别设有一遮挡网。
7.一种运载工具的风力发电装置，其特征在于，主要包含一机壳，安装于运载工具的外表面上，机壳具有一入风口与一出风口，对应该机壳的该入风口处设置一流线板；一叶轮，为垂直轴型，该叶轮具有一轴及数叶片，叶轮两端具有轴及侧板，使该叶轮安装于该机壳内的该入风口与该出风口之间；以及一发电机构，该发电机构具有旋转轮及固定平板，装置于叶轮的一侧边；至少一旋转轮，呈现扁平且具厚度的形状，中央具有对应该叶轮轴的贯孔，提供固定于该叶轮轴上；且该旋转轮排列有数个发电线圈，各个该发电线圈至该轴心的距离均相等；至少一固定平板，呈现扁平且具厚度的形状，该固定平板排列有数个磁场组件，各个该磁场元件至轴心的距离均相等；固定平板中央具有对应叶轮轴的贯孔，提供枢接于叶轮上而与旋转轮对应配置，且固定平板的周缘延续有一脚座提供安装固定于机壳中；据此，发电机构的固定平板上的磁场元件与旋转轮上的发电线圈进行相切运动，使磁通量变化而产生电力。
8.根据权利要求7所述的运载工具的风力发电装置，其特征在于，该发电机构内部的磁场组件为线圈或磁铁固定于固定平板上。
9.根据权利要求7所述的运载工具的风力发电装置，其特征在于，该发电机构的发电线圈外观可具有圆形状态或矩形状态。
10.根据权利要求7所述的运载工具的风力发电装置，其特征在于，该发电机构可藉由一传动机构间接与叶轮连接，传动机构可为一齿轮组以及其它的变速机构，使叶轮转动时能经由传动机构带动发电机构进行发电。
全文摘要
一种运载工具的风力发电装置，其主要是藉由旋转轮与固定平板对应配置设计为一发电机构，利用运载工具行驶移动时产生的风力推动叶轮旋转，并带动发电机构的旋转轮，使旋转轮上的磁场元件与发电机构的固定平板上的发电线圈进行相切运动，使磁通量变化而产生电力。据此，本发明可以不需要经过曲柄连杆传动机构的运动转换，故可设计直径较大的发电机构而充分利用叶轮侧边的空间，使发电机构外形体积具有扁平特性，且发电线圈与磁场元件可具有较快的相切速度，因此可获得较高的发电效益。
文档编号F03D3/04GK101082323SQ20061008326
公开日2007年12月5日 申请日期2006年6月1日 优先权日2006年6月1日
发明者陈文庆, 谢武灯 申请人:上银科技股份有限公司